국내 연구진이 열과 빛 등 장시간 외부환경에 노출돼도 높은 안정성을 유지하는 페로브스카이트 태양전지를 개발하는데 성공했다.

광주과학기술원(지스트)는 28일 김희주 교수(에너지 융합대학원)와 이광희 교수(신소재공학부) 공동 연구팀이 서홍석 부산대 교수(화학과) 연구팀과 함께 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 획기적으로 향상하는 방법을 개발했다고 발표했다.

주사전자현미경으로 측정된 페로브스카이트 태양전지단면 / 지스트
주사전자현미경으로 측정된 페로브스카이트 태양전지단면 / 지스트
페로브스카이트 태양전지는 차세대 태양전지다. 높은 흡광도와 넓은 영역의 태양광 흡수가 가능한 유기물과 급속의 혼합체 기반의 페로브스카이트 결정으로 만든다. 용액공정이 가능해 고효율 박막형 태양전지 중 가장 높은 에너지 전환율이 보고되고 있다.

다만 페로브스카이트 태양전지 박막은 결정과 결정사이나 박막의 표면에 이온 결함들이 존재하는 것이 단점이었다. 이 경우 열이나 공기 중에 노출됐을 때, 이온결함들이 표면과 내부에서 상부로 이동해 상부전극을 부식시킨다. 상부전극 부식은 태양전지 성능을 저하시켜 안정성을 낮추기에 페로브스카이트 태양전지 상용화의 걸림돌로 작용해 왔다.

지스트와 부산대 공동연구팀은 페로브스카이트 상부 전극과 페로브스카이트 박막사이에 새로운 초박막을 도입하는 것으로 문제를 해결했다. 열적 안정성이 높은 카바졸 분자에, 이온 결함과 반응성을 높인 아민 작용기가 도입된 새로운 고분자 전해질을 개발해 초박막으로 만들었다.

새롭게 만들어진 고분자 전해질 박막은 페로브스카이트 표면과 내부에 존재하는 이온결함을 효과적으로 흡착했다. 또 상부전극과 페로브스카이트층 사이의 전하이동을 향상시키는 특성까지 보였다.

연구팀 실험결과 새로운 고분자 전해질 박막을 적용한 페로브스카이트 태양전지는 85도의 열에 1000시간 동안 노출, 350시간 동안 빛에 노출, 공기 중 1500시간 노출 후에도 성능을 유지하는 안정성도 보였다.

김희주 교수는 "향후 다양한 외부 환경에서도 높은 안정성을 보유한 페로브스카이트 태양전지 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다"고 설명했다.

이민우 기자 minoo@chosunbiz.com